CN105067940A - 一种机车牵引变流器主回路的接地诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，步骤包括：1)在目标牵引变流器的中间直流回路中并联设置分压电路，实时检测预设时长内中间直流回路两端的电压信号、以及中间直流回路两端与中间接地点之间的电压信号，分别得到全电压信号以及半电压信号输出；2)计算全电压信号与半电压信号之间的差值信号，根据差值信号的值诊断目标牵引变流器的主回路是否发生接地故障，当诊断为发生接地故障时，转入执行步骤3)；3)根据差值信号在预设时长内的变化趋势确定接地故障类型。本发明具有实现方法简单、接地故障诊断效率及准确度高，同时能够实现具体接地故障类型定位的优点。

Description

一种机车牵引变流器主回路的接地诊断方法

技术领域

本发明涉及电力机车故障检测技术领域，尤其涉及一种机车牵引变流器主回路的接地诊断方法。

背景技术

电力机车电传动系统具有高电压、大电流的特点，因而保证传动系统的正常工作是确保机车可靠运行的前提。机车在运用过程中可能由于电缆老化、振动摩擦等造成主电路发生接地，虽然通常一点的接地对系统的正常工作不会有太大的影响，但当存在两点或多点接地时，则可能产生很大的短路电流，造成机车电传动系统部件的烧损，严重情况下甚至会导致机破。因此，准确、迅速地对接地故障进行判断和处理仍然是非常重要以及必要的。

牵引变流器的主回路位于机车主变压器后端，区别于辅助控制系统回路，主回路也即为牵引变流器中牵引部分的电路。目前对于机车牵引变流器主回路接地故障的诊断，通常是基于简单的限值判断，即当大于预设限值时，则认为出现接地故障，采用该类方式进行接地故障诊断，存在以下不足问题：

1)目前的诊断方式通常只考虑了理想情况下主回路中出现接地的情况，而并未充分考虑异常情况下(如信号采集异常，谐波干扰等)的判别，因而对于异常情况下不能进行有效的识别，会存在误判断的情况发生；

2)不同工况下出现接地的表现不同，目前的诊断方式仅能够粗略的诊断接地故障的发生，而未能够有效结合牵引变流器实际的工作原理进一步定位具体的接地故障位，故障诊断的精度以及可用性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、接地诊断效率及准确度高，同时能够实现具体接地故障定位的机车牵引变流器主回路的接地诊断方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，步骤包括：

1)在目标牵引变流器的中间直流回路中并联设置分压电路，所述分压电路由两个相同阻值的分压电阻串联构成，且两个所述分压电阻之间设置一个中间接地点；实时检测预设时长内中间直流回路两端的电压信号、以及中间直流回路两端与所述中间接地点之间的电压信号，分别得到全电压信号U_d以及半电压信号U₂输出；

2)计算所述全电压信号U_d的一半与所述半电压信号U₂之间的差值信号，并根据所述差值信号的值诊断目标牵引变流器的主回路是否发生接地故障，当诊断为发生接地故障时，转入执行步骤3)；

3)根据所述差值信号在预设时长内的变化趋势确定接地故障类型。

作为本发明的进一步改进，所述半电压信号U₂具体为所述中间直流回路两端中正极母线与所述中间接地点之间的电压信号。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2)的具体步骤为：

2.1)计算所述全电压信号U_d的一半与所述半电压信号U₂之间的差值信号为0.5U_d-U₂；

2.2)对所述差值信号取绝对值，得到绝对差值信号|0.5U_d-U₂|；判断所述绝对差值信号|0.5U_d-U₂|中是否存在大于预设故障阈值的值，如果是，则诊断目标牵引变流器的主回路发生接地故障，转入执行步骤3)；否则诊断未发生接地故障。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3)的具体步骤为：

3.1)判断所述差值信号在预设时长内是否为恒定不变化值，如果是，转入执行步骤3.2)；否则转入执行步骤3.3)；

3.2)诊断为目标牵引变流器中主回路的中间直流回路接地故障，并根据所述差值信号的正负极性确定中间直流回路接地故障类型；

3.3)判断所述差值信号是否为满足预设条件的脉冲信号，如果是，则诊断为主回路的输入或输出侧接地故障。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3.2)中根据所述差值信号的正负极性确定中间直流回路接地故障类型的具体步骤为：如果所述差值信号为恒定的正值，则诊断为中间直流回路的正端接地故障；如果所述差值信号为恒定的负值，则诊断为中间直流回路的负端接地故障。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3.3)中判断所述差值信号是否为满足预设条件的脉冲信号的具体步骤为：统计所述差值信号在所述预设时长内的脉冲上升沿数，其中若所述脉冲上升沿数大于预设脉冲数，则判定所述差值信号为满足预设条件的脉冲信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明通过检测一定时长内中间直流回路的全电压信号、半电压信号，来诊断主回路的接地故障，充分考虑了信号采集偏差、变流器工作导致谐波引入等异常情况，准确的识别真实的接地故障，降低由于异常情况导致的误诊断；

2)本发明通过全电压信号、半电压信号之间差值信号的变化趋势来具体确定接地故障类型，有效结合了变流器的工作原理，实现主回路具体接地故障位定位，提高接地故障检测的精度以及可用性；

3)本发明充分考虑主回路不同点接地时差值信号的不同表征，建立接地故障类型与接地表现之间的对应关系，从而通过对实时检测到的差值信号表征的分析，可以实现准确的具体接地故障定位；

4)本发明诊断牵引变流器输入或输出侧接地时，进一步通过设定故障判定时间及累计脉冲上升沿个数进行判定，能够有效避免主回路接地故障的误判断，减少现场运用过程中故障排查难等问题，有效保证了机车安全、可靠以及高效的运行。

附图说明

图1是本实施例机车牵引变流器主回路接地诊断方法的实现流程示意图。

图2是本实施例中机车牵引变流器的主回路以及检测电路的结构示意图。

图3是本实施中整流单元进行接地故障诊断的结构原理示意图。

图4是本实施例诊断为中间回路正端接地故障时差值信号的结果示意图。

图5是本实施诊断为中间回路负端接地故障时差值信号的结果示意图。

图6是本实施例诊断为牵引变流器输入或输出侧接地时差值信号的结果示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例机车牵引变流器主回路接地诊断方法，步骤包括：

1)在目标牵引变流器的中间直流回路中并联设置分压电路，分压电路由两个相同阻值的分压电阻串联构成，且两个分压电阻之间设置一个中间接地点；实时检测预设时长内中间直流回路两端的电压信号、以及中间直流回路两端与所述中间接地点之间的电压信号，分别得到全电压信号U_d以及半电压信号U₂输出；

2)计算全电压信号U_d的一半与半电压信号U₂之间的差值信号，并根据差值信号的值诊断目标牵引变流器的主回路是否发生接地故障，当诊断为发生接地故障时，转入执行步骤3)；

3)根据差值信号在预设时长内的变化趋势确定接地故障类型。

本实施例通过检测一定时长内中间直流回路的全电压信号、半电压信号，来诊断主回路的接地故障，充分考虑了信号采集偏差、变流器工作导致谐波引入等异常情况，准确的识别真实的接地故障，降低由于异常情况导致的误诊断；同时通过全电压信号、半电压信号之间差值信号的变化趋势来具体确定接地故障类型，有效结合了变流器的工作原理，实现主回路具体接地故障位定位，提高接地故障检测的精度以及可用性。

为了能对牵引变流器的整个主回路进行接地检测，在中间直流回路中设置检测电路。如图2所示，本实施例中交流机车牵引变流器的主电路包括输入侧的整流单元、中间直流回路以及输出侧的逆变单元，中间直流回路的两端并联有电压传感器VH1，用于检测中间直流回路全电压U_d，中间直流回路中设置由分压电阻R1、R2串联构成的分压电路，分压电阻R1、R2之间设置了一个接地点，分压电阻R1上并联有电压传感器VH2，用于检测分压电阻R1上电压U₂，即本实施例所取半电压信号U₂具体为中间直流回路两端中正极母线与中间接地点之间的电压信号。由于分压电阻R1、R2阻值相等，且分压电阻R1、R2之间的中间点接地，则中间直流回路的正负两端对地电压大小相等、符号相反，因此在正常工况下，即没有其他处存在接地都情况下，分压电阻R1、R2的幅值即等于中间回路正负两端电压(全电压)的一半，因而由该分压电路以及电压传感器共同构成中间直流回路的检测电路，当接地故障发生时，电压传感器检测到的电压波形将发生变化，从而使得可以识别到接地故障。

本实施例中，步骤2)的具体步骤为：

2.1)计算全电压信号的一半与半电压信号之间的差值信号为0.5U_d-U₂；

2.2)对差值信号取绝对值，得到绝对差值信号|0.5U_d-U₂|；判断绝对差值信号|0.5U_d-U₂|中是否存在大于预设故障阈值的值，如果是，则诊断目标牵引变流器的主回路发生接地故障，转入执行步骤3)；否则诊断未发生接地故障。

本实施例主回路中判断接地故障的条件为：

|0.5U_d-U₂|>K(1)

即当中间直流回路的全电压的一半减去半电压的绝对差值大于某一预设电压参数值K时，则认为主回路存在接地故障。

由整流控制算法的原理可以知道中间直流侧电流中存在二次谐波分量及高次谐波分量，因此实际情况中半电压检测时电阻两端的电压会产生以二次谐波为主要成分的脉动电压；另外由于故障判定是基于经过采样、放大，转换等一系列的信号处理后利用等效原理进行的判定，因此经过该处理过程中的各个环节中均会产生与正常值有一定偏差的误差值。因此，仅采用如式(1)所示接地判定条件不能准确的诊断主回路中接地故障。

本实施例通过详细分析主回路各个点接地情况，将牵引变流器的主电路划分为三类接地工况，各类接地点参见图2中序号所示，包括①整流单元前端接地、②③中间直流回路接地、④逆变单元后端接地，其中由于①、④接地工况与中间接地检测电路之间存在整流或逆变单元，因而①、④接地工况的接地现象相同。

如图3所示，以整流单元为例(逆变单元与之同理)进行电路分析①整流单元前端接地故障，将整流单元等效为一个简单的开关信号。由于变流器同一桥臂上下管的触发信号一般采用互补信号，因此仅需以其中一个开关管导通情况进行分析，例如K1开关管，其中采用1表示开关管导通、0表示开关管关断，当出现接地故障后，图中虚线两端可认为连接在一起。当K1开关管导通时分压电阻R1两端均接地，则分压电阻R1两端的电压U₂为0；当K2开关管导通时，分压电阻R2两端均接地，此时分压电阻R1两端的电压U₂等于中间回路电压，即电压U₂为U_d。因此，开关管不同导通状态时|U₂-0.5U_d|可表示为：

④逆变单元后端接地故障与①整流单元前端接地故障的接地表现一致，取决于K1开关管的开关状态，即①、④接地工况时，差值信号|U₂-0.5U_d|表现为脉冲电压信号。

由于中间回路为直流回路，②③中间直流回路接地时与①、④接地的表现不同，发生接地故障后表现为恒定值，表达式为：

本实施例通过牵引变流器的工作原理分析不同接地工况时的接地表现，从而确定接地故障类型与接地表现之间的关系，以根据接地表现划分接地故障类型，从而可以根据实时的检测数据来具体确定接地故障的类型。

本实施例中，步骤3)的具体步骤为：

3.1)判断差值信号在预设时长内是否为恒定不变化值，如果是，转入执行步骤3.2)；否则转入执行步骤3.3)；

3.2)诊断为目标牵引变流器中主回路的中间直流回路接地故障，并根据所述差值信号的正负极性确定中间直流回路接地故障类型；

3.3)判断差值信号是否为满足预设条件的脉冲信号，如果是，则诊断为主回路的输入或输出侧接地故障。

本实施例充分考虑主回路不同点接地时差值信号的不同表征，建立接地故障类型与接地表现之间如式(2)、(3)所示的对应关系，从而通过对实时检测到的差值信号的表征分析，可以实现准确的具体接地故障定位。当差值信号在一定时长内表征为恒定值，即恒定不变化时，诊断为目标牵引变流器中主回路的中间直流回路接地故障；当差值信号在一定时长内表征为脉冲信号时，即周期变化时，诊断为主回路的输入或输出侧接地故障。诊断为中间直流回路接地故障OR(或)输入或输出侧接地故障，均对应为主回路发生接地故障。

本实施例中，步骤3.2)中根据差值信号的正负极性确定中间直流回路接地故障类型的具体步骤为：如果差值信号为恒定的正值，则诊断为中间直流回路的正端接地故障；如果所述差值信号为恒定的负值，则诊断为中间直流回路的负端接地故障。结合式(3)，差值信号为恒定值时，如图4所示，如果差值信号的值U₂-0.5U_d大于预设阈值K且持续一定时间T后，则可判定中间直流回路的正端接地故障发生；如图5所示，如果差值信号的值U₂-0.5U_d小于预设阈值-K且持续一定时间T后，则可判定中间直流回路的负端接地故障发生。

本实施例中，步骤3.3)中判断差值信号是否为满足预设条件的脉冲信号的具体步骤为：统计差值信号在预设时长内的脉冲上升沿数，其中若脉冲上升沿数大于预设脉冲数，则判定差值信号为满足预设条件的脉冲信号。如图6所示，本实施具体在判断到绝对差值信号|0.5U_d-U₂|>K时，累计绝对差值信号的脉冲上升沿个数，若一定故障判定时间(如1s)内连续监测到N个脉冲上升沿，则诊断为牵引变流器输入或输出侧接地。通过设定故障判定时间及累计脉冲上升沿个数的判定，防止了因误脉冲信号而导致误判断，能够有效避免主回路接地故障的误判断，减少现场运用过程中故障排查难等问题，有效保证了机车安全、可靠以及高效的运行。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，其特征在于，步骤包括：

1)在目标牵引变流器的中间直流回路中并联设置分压电路，所述分压电路由两个相同阻值的分压电阻串联构成，且两个所述分压电阻之间设置一个中间接地点；实时检测预设时长内中间直流回路两端的电压信号、以及中间直流回路两端与所述中间接地点之间的电压信号，分别得到全电压信号U_d以及半电压信号U₂输出；

2)计算所述全电压信号U_d的一半与所述半电压信号U₂之间的差值信号，并根据所述差值信号的值诊断目标牵引变流器的主回路是否发生接地故障，当诊断为发生接地故障时，转入执行步骤3)；

3)根据所述差值信号在预设时长内的变化趋势确定接地故障类型。

2.根据权利要求1所述的机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，其特征在于：所述半电压信号U₂具体为所述中间直流回路两端中正极母线与所述中间接地点之间的电压信号。

3.根据权利要求2所述的机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，其特征在于，所述步骤2)的具体步骤为：

2.1)计算所述全电压信号U_d的一半与所述半电压信号U₂之间的差值信号为0.5U_d-U₂；

2.2)对所述差值信号取绝对值，得到绝对差值信号|0.5U_d-U₂|；判断所述绝对差值信号|0.5U_d-U₂|中是否存在大于预设故障阈值的值，如果是，则诊断目标牵引变流器的主回路发生接地故障，转入执行步骤3)；否则诊断未发生接地故障。

4.根据权利要求1或2或3所述的机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，其特征在于，所述步骤3)的具体步骤为：

3.1)判断所述差值信号在预设时长内是否为恒定不变化值，如果是，转入执行步骤3.2)；否则转入执行步骤3.3)；

3.2)诊断为目标牵引变流器中主回路的中间直流回路接地故障，并根据所述差值信号的正负极性确定中间直流回路接地故障类型；

3.3)判断所述差值信号是否为满足预设条件的脉冲信号，如果是，则诊断为主回路的输入或输出侧接地故障。

5.根据权利要求4所述的机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，其特征在于：所述步骤3.2)中根据所述差值信号的正负极性确定中间直流回路接地故障类型的具体步骤为：如果所述差值信号为恒定的正值，则诊断为中间直流回路的正端接地故障；如果所述差值信号为恒定的负值，则诊断为中间直流回路的负端接地故障。

6.根据权利要求5所述的机车牵引变流器主回路的接地诊断方法，其特征在于，所述步骤3.3)中判断所述差值信号是否为满足预设条件的脉冲信号的具体步骤为：统计所述差值信号在所述预设时长内的脉冲上升沿数，其中若所述脉冲上升沿数大于预设脉冲数，则判定所述差值信号为满足预设条件的脉冲信号。